CN115144664A

CN115144664A - 芯片高阻节点噪声测量方法及测量系统

Info

Publication number: CN115144664A
Application number: CN202211071200.7A
Authority: CN
Inventors: 张向才; 朱佳辉; 陈奇辉; 郁娟
Original assignee: Suzhou Novosense Microelectronics Co ltd
Current assignee: Suzhou Novosense Microelectronics Co ltd
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2042-09-02
Also published as: CN115144664B

Abstract

本发明提供一种芯片高阻节点噪声测量方法及测量系统，所述方法包括门限设定流程和测试流程，门限设定流程包括步骤：提供晶圆，测量晶圆上芯片高阻节点漏电速度；在完全屏蔽条件下，测量晶圆上芯片高阻节点的标准噪声数值；对标准噪声数值和高阻节点漏电速度进行相关性分析，得到两者函数关系并根据函数关系设定门限。测试流程包括：提供晶圆，测量晶圆上芯片高阻节点漏电速度，根据函数关系计算噪声数值，并基于门限判断芯片噪声水平是否达标。通过测量芯片高阻节点的漏电速度从而间接计算得到噪声数值，测试方法简单，无需高精度测试设备，对测试数据的分析过程便捷，最终获得的噪声数值准确程度高。

Description

芯片高阻节点噪声测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，具体地涉及一种芯片高阻节点噪声测量方法及测量系统。

背景技术

对于典型的含高阻节点的信号调理芯片，其高阻输出引脚作为芯片内部的电荷泵输出，驱动能力非常弱，只能给类似于麦克风MEMS这种电容型传感器提供电荷源，不带任何负载。测试这种高阻节点的噪声，通常的做法是使用根据芯片自身的应用场景，比如将前级的MEMS麦克风传感器等效为一个电容，借助这个电容将高阻节点的BIAS的噪声通过电容耦合进芯片内部，通过芯片内部的放大器放大之后，在输出引脚测量经过放大的模拟信号，经过信号分析计算得到芯片高阻节点的噪声。

然而为了准确得到芯片高阻节点的噪声水平，现有方案难度大、数据分析过程复杂。需要噪声量级在mVrms的高精度晶圆测试机，并且由于高阻节点外露，容易耦合进电磁干扰并受到工频干扰影响，对屏蔽效果有较高要求，鉴于电磁干扰和工频干扰存在形式的多样性，需要量产测试开发的工程师专门针对所采集的目标数据设计专用的数字滤波器，并反复验证以得到最接近真实情况的芯片高阻节点噪声数值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片高阻节点噪声测量方法及测量系统。

本发明提供一种芯片高阻节点噪声测量方法，包括门限设定流程和测试流程，所述门限设定流程包括步骤：

提供晶圆，测量所述晶圆上芯片高阻节点漏电速度；

在完全屏蔽条件下，测量所述晶圆上芯片高阻节点的标准噪声数值；

对所述标准噪声数值和所述高阻节点漏电速度进行相关性分析，得到两者函数关系并根据所述函数关系设定门限；

所述测试流程包括：

提供晶圆，测量所述晶圆上芯片高阻节点漏电速度，根据所述函数关系计算噪声数值，并基于所述门限判断所述芯片噪声水平是否达标。

作为本发明的进一步改进，所述测量所述晶圆上芯片高阻节点漏电速度，具体包括：

测量所述晶圆上芯片高阻节点输出电压波形；

对所述电压波形进行多项式拟合得到所述高阻节点的输出电压瞬态多项式一阶系数。

作为本发明的进一步改进，所述对所述标准噪声数值和所述高阻节点漏电速度进行相关性分析，得到两者函数关系并根据所述函数关系设定门限，具体包括：

对所述标准噪声数值和所述输出电压瞬态多项式一阶系数进行相关性分析，得到两者函数关系，并根据所述函数关系设定门限。

作为本发明的进一步改进，所述测试流程具体包括：

提供晶圆，测量所述晶圆上芯片高阻节点输出电压波形；

对所述电压波形进行多项式拟合得到所述输出电压瞬态多项式一阶系数，根据所述函数关系和一阶系数计算所述芯片噪声数值，并基于所述门限判断所述芯片噪声水平是否达标。

作为本发明的进一步改进，在测量所述晶圆上芯片高阻节点电压波形，之前还包括：

对测量过程中的干扰噪声进行抑制。

作为本发明的进一步改进，所述对测量过程中的干扰噪声进行抑制，具体包括：

分析所述高阻节点电压波形，当判断存在工频干扰时，对所述工频干扰频点幅值进行平滑处理。

作为本发明的进一步改进，所述对测量过程中的干扰噪声进行抑制，还包括：

分析所述高阻节点电压波形，当判断存在白噪声干扰时，对所述白噪声频带内的幅值平滑处理。

作为本发明的进一步改进，所述门限设定流程还包括步骤：

对所述标准噪声数值和所述一阶系数进行相关性分析，当两者不存在相关性时，检查测试端所输出的电压波形和/或检测所述标准噪声数值是否在完全屏蔽条件下测量得到。

本发明还提供一种芯片高阻节点噪声测量系统，用于对晶圆芯片高阻节点噪声进行测试，其包括：自动测试机以及与其电性连接的探针卡，所述探针卡与所述自动测试机构成测试回路，所述自动测试机包括工控机、电源板卡、动态信号发生器和动态信号分析仪，所述电源板卡被配置用于控制和输出测试电流，所述动态信号发生器被配置用于产生电测试信号，所述动态信号分析仪被配置用于对测试信号频谱进行分析，所述探针卡用于输出测试信号和向所述自动测试机输入反馈信号；

所述工控机包括存储器和处理器，所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器，用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现上述的芯片高阻节点噪声测量方法。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡包括动态信号测量回路和低漏电测量回路，所述动态信号测量回路被配置用于测量所述芯片输出信号，所述低漏电测量回路被配置用于测量所述高阻节点漏电速度。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡设置有缓冲器，在所述低漏电测量回路中，所述缓冲器与所述芯片高阻节点连接的链路上包裹有与待测信号同等电位的线路。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡探针材质为铼钨合金。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡还包括干扰屏蔽回路，所述干扰屏蔽回路被配置用于降低所述晶圆输入端电容天线效应耦合的干扰。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡信号线路包覆有接地屏蔽层。

作为本发明的进一步改进，所述探针卡电路板为多层板，所述信号线路位于中间层，所述信号线路层接地，且位于所述信号线路层上下层的线路层也接地。

作为本发明的进一步改进，所述动态信号发生器板卡输出噪声量级为μVrms，所述动态信号分析仪板卡输入噪声量级为μVrms。

本发明的有益效果是：本发明通过测量芯片高阻节点的漏电速度从而间接计算得到噪声数值，并提供了相应的测试系统，测试方法简单，对测试数据的分析过程便捷，最终获得的噪声数值准确程度高，对检测设备的精度要求低，无需对现有测试系统进行复杂改造，简单易实施，切实可行。

附图说明

图1是本发明一实施方式中的芯片高阻节点噪声测量方法门限设定流程步骤示意图。

图2是本发明一实施方式中的所述芯片高阻节点噪声测量方法测试流程步骤示意图。

图3是本发明一实施方式中的芯片高阻节点漏电速度测量步骤示意图。

图4是本发明一实施方式中的芯片高阻节点噪声测量系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种芯片高阻节点噪声测量方法，通过测量和计算高阻节点的漏电速度来间接测量芯片的输出噪声，测试方法简单，对测试设备精度要求低，无需对测试设备或对探针台进行改造，技术风险可控，成本低廉。并且，对测试数据的分析过程便捷，最终获得的噪声数值准确。

所述芯片高阻节点噪声测量方法包括门限设定流程和测试流程。

如图1所示，门限设定流程用于根据实测晶圆上芯片噪声水平设定在量产测试过程中的噪声门限，其包括步骤：

Sa1：提供晶圆，测量晶圆上芯片高阻节点漏电速度。

Sa2：在完全屏蔽条件下，测量晶圆上芯片高阻节点的标准噪声数值。

Sa3：对标准噪声数值和高阻节点漏电速度进行相关性分析，得到两者函数关系并根据函数关系设定门限。

如图2所示，测试流程包括：

Sb1：提供晶圆，测量晶圆上芯片高阻节点漏电速度，根据函数关系计算噪声数值，并基于门限判断芯片噪声水平是否达标。

如图3所示，在步骤Sa1中，其具体包括：

Sa11：测量晶圆上芯片高阻节点输出电压波形。

Sa12：对电压波形进行多项式拟合得到输出电压瞬态多项式一阶系数。

根据闪烁噪声的功率谱密度（power spectral density, PSD）和高阻节点的电流I _DC之间的计算公式：

可知，噪声有效值和高阻节点的电流之间存在一定函数关系。并且，对于固定容值的高阻节点，漏电的电流大小等于相同电容下的电压变化速度，即：

通过上述分析可知，通过采集并计算电压下降曲线拟合所得函数的一阶系数K ₁，并将其和在完全屏蔽状态下所测得标准噪声数值V _n进行相关性分析，就可以得到芯片高阻节点实际噪声数值与一阶系数K ₁之间的函数关系，即Vn=f(K ₁ )。得到两者函数关系后，在量产测试过程中，只要测量计算得到芯片高阻节点的一阶系数K ₁，即可利用函数关系计算得到噪声数值。

因此，在本实施方式中，通过测量芯片高阻节点的电压输出波形并对其进行多项式拟合得到一阶系数K ₁，通过一阶系数K ₁来反映表征芯片高阻节点的漏电速度。利用此方法得到芯片高阻节点的漏电速度情况准确率高且测量方法简单，无需高精度的测试设备及复杂的硬件设备。

除了通过上述方法来测量芯片高阻节点漏电速度，在本发明的其他实施方式中，还可以直接对漏电电流进行测量，如使用飞安计直接测量芯片高阻节点飞安（fA）或皮安（pA）量级的电流，并做动态采集描述漏电流曲线。但直接对漏电电流测量的方法相对于在本实施方式中所使用的方法，所需要的测量设备成本高昂，对量产硬件的设计需求高，维护难度大。

在步骤Sa2中，所述的完全屏蔽条件即在标准实验室中所设置的完全电磁屏蔽条件，可以理解的是，这里所述的完全屏蔽条件包含了不可避免的误差情况，将部分晶圆或全部晶圆在此条件下进行噪声测量，此时所测得的噪声数值，最大程度地屏蔽了外界电磁干扰，能够反应噪声实际数值情况。

在步骤Sa3中，其具体包括：

对标准噪声数值和输出电压瞬态多项式一阶系数进行相关性分析，得到两者函数关系，并根据函数关系设定门限。

在得到输出电压瞬态多项式一阶系数后，即可将其与标准噪声数值进行相关性分析，并在得到函数关系后，根据实际产品需要设定噪声测试门限，作为生产过程中的测试标准。

进一步的，在本发明一些实施方式中，步骤Sa3还包括：

对标准噪声数值和一阶系数进行相关性分析，当两者不存在相关性时，检查测试端所输出的电压波形和/或检测标准噪声数值是否在完全屏蔽条件下测量得到。

由于噪声测量的干扰性因素较多，因此当标准噪声数值与一阶系数之间不存在相关性时，可以依次对两项进行复检，检查定位出现问题的环节。

进一步的，在本发明一些实施方式中，在步骤Sa1之前还包括：

对测量过程中的干扰噪声进行抑制。

具体的，其包括：分析高阻节点电压波形，当判断存在工频干扰时，对工频干扰频点幅值进行平滑处理，当判断存在白噪声干扰时，对白噪声频带内的幅值平滑处理。

由于在整个测试系统中，存在较多干扰噪声，因此在对噪声数值进行测量时，先对测量过程中的干扰噪声进行抑制来消除其对噪声测量所带来的误差。工频即电力系统及民用电气设备所采用的额定频率，对于工频干扰，通过判断工频及其谐波是否为峰值即可完成判断，在本实施方式中，通过对工频干扰频点幅值进行平滑处理来平滑噪声曲线，从而达到降噪的目的。对于白噪声，由于其率谱密度在整个频域内是常数，因此当芯片的输入端受到电磁干扰的情况下，其输出波形的频谱分布里会有高频带内的不平整，在本实施方式中，通过对频带内的不平整做平滑处理，从而达到降噪的目的。

除了通过对干扰幅值做平滑处理外，在本发明的其他实施方式中，还可采用其他常用噪声干扰抑制方法，比如可以设计一个sinc滤波器对波形做工频噪声（50Hz及其倍频）陷波处理等。

综上，通过上述步骤可以得到芯片高阻节点输出电压瞬态多项式一阶系数与噪声数值之间的函数关系，即漏电速度和噪声数值之间的关系，并可基于函数关系，设定噪声测量门限。

测试流程具体包括：

Sb11：提供晶圆，测量晶圆上芯片高阻节点输出电压波形。

Sb12：对电压波形进行多项式拟合得到输出电压瞬态多项式一阶系数，根据函数关系和一阶系数计算芯片噪声数值，并基于门限判断芯片噪声水平是否达标。

在获得函数关系后，在生产测试过程中，通过测量芯片高阻节点输出电压波形，即可计算得到其噪声数值，测量过程简单便捷，准确程度高。

如图4所示，基于同一发明思路，还提供一种芯片高阻节点噪声测量系统，用于对晶圆芯片高阻节点噪声进行测试，其包括：自动测试机1以及与其电性连接的探针卡2，探针卡2与自动测试机1构成测试回路，自动测试机1包括工控机11、电源板卡12、动态信号发生器13和动态信号分析仪14，电源板卡12被配置用于控制和输出测试电流，动态信号发生器13被配置用于产生电测试信号，动态信号分析仪14被配置用于对测试信号频谱进行分析，探针卡2用于输出测试信号和向自动测试机1输入反馈信号。

工控机11包括存储器和处理器，存储器用于存储可执行指令，处理器，用于运行存储器存储的可执行指令时，实现上述的芯片高阻节点噪声测量方法。

在自动测试机1内，其动态信号发生器13板卡输出噪声典型值为μVrms量级（即有效带宽内噪声有效值为微伏），动态信号分析仪14板卡输入噪声典型值为μVrms量级（即有效带宽内噪声有效值为微伏），控制自动测试机1在频带内的噪声，以减小测量误差。

除上述部件外，自动测试机1还包括进行芯片测试配套的数字板卡和附属板卡等，其为芯片自动测试机1所设置的常见部件，对此不再赘述。

探针卡2作为测试接口，通过连接测试机和芯片传输信号，对芯片参数进行测试。探针卡2将探针与芯片上的高阻节点直接接触，向芯片输出信号并接受芯片发出的信号，配合自动测试机1完成对芯片的测试。

探针卡2包括动态信号测量回路21和低漏电测量回路22，动态信号测量回路21被配置用于测量芯片输出信号，低漏电测量回路22被配置用于测量高阻节点漏电速度。

低漏电测量回路22进行低漏电设计，以防止在测量芯片高阻节点输出电容漏电速度时，测量回路自身的漏电大于晶圆本身的漏电而造成测量误差。具体的，在本发明一些实施方式中，探针卡2设置有缓冲器，在缓冲器与芯片高阻节点连接的链路上包裹有与待测信号同等电位的线路，从而减小测量回路的漏电。

优选的，在本发明一些实施方式中，探针卡2探针材质为铼钨合金，铼钨探针导电性优良，为一种低漏电的探针。

优选的，在本发明一些实施方式中，探针卡2中印刷电路板采用诸如FR4级别的高绝缘性板材，示例性的，印刷电路的板材可采用FR4类型的生益S1600材料。

从探针材料和板材材料方面进行低漏电设计，结合同等电位线路包裹待测信号的设计，从多维度保证测量回路的低漏电设计。

进一步的，在本发明一些实施方式中，探针卡2还包括干扰屏蔽回路23，干扰屏蔽回路23被配置用于降低晶圆输入端电容天线效应耦合的干扰，从而减小输出端测量的误差。

具体的，在本发明一些实施方式中，探针卡2信号线路包覆有接地屏蔽层。

具体的，在本发明一些实施方式中，探针卡2电路板为多层板，所述信号线路位于中间层，信号线路层接地，且信号线路层上下线路层也接地。

通过直接或间接对输入端信号线路进行屏蔽接地处理，从而减小电容型输入型晶圆输入端电容天线效应耦合进来的干扰，提高测量精度。

综上所述，本发明通过测量芯片高阻节点的漏电速度从而间接计算得到噪声数值，并提供了相应的测试系统，测试方法简单，对测试数据的分析过程便捷，最终获得的噪声数值准确程度高，对检测设备的精度要求低，无需对现有测试系统进行复杂改造，简单易实施，切实可行。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，包括门限设定流程和测试流程，所述门限设定流程包括步骤：

提供晶圆，测量所述晶圆上芯片高阻节点漏电速度；

所述测试流程包括：

2.根据权利要求1所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述测量所述晶圆上芯片高阻节点漏电速度，具体包括：

测量所述晶圆上芯片高阻节点输出电压波形；

3.根据权利要求2所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述对所述标准噪声数值和所述高阻节点漏电速度进行相关性分析，得到两者函数关系并根据所述函数关系设定门限，具体包括：

4.根据权利要求3所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述测试流程具体包括：

提供晶圆，测量所述晶圆上芯片高阻节点输出电压波形；

5.根据权利要求1所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，在测量所述晶圆上芯片高阻节点电压波形，之前还包括：

对测量过程中的干扰噪声进行抑制。

6.根据权利要求5所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述对测量过程中的干扰噪声进行抑制，具体包括：

7.根据权利要求5所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述对测量过程中的干扰噪声进行抑制，还包括：

8.根据权利要求3所述的芯片高阻节点噪声测量方法，其特征在于，所述门限设定流程还包括步骤：

9.一种芯片高阻节点噪声测量系统，用于对晶圆芯片高阻节点噪声进行测试，其包括：自动测试机以及与其电性连接的探针卡，所述探针卡与所述自动测试机构成测试回路，所述自动测试机包括工控机、电源板卡、动态信号发生器和动态信号分析仪，所述电源板卡被配置用于控制和输出测试电流，所述动态信号发生器被配置用于产生电测试信号，所述动态信号分析仪被配置用于对测试信号频谱进行分析，所述探针卡用于输出测试信号和向所述自动测试机输入反馈信号，其特征在于，所述工控机包括存储器和处理器，所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器，用于运行所述存储器存储的可执行指令时，实现权利要求1至8任一项所述的芯片高阻节点噪声测量方法。

10.根据权利要求9所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡包括动态信号测量回路和低漏电测量回路，所述动态信号测量回路被配置用于测量所述芯片输出信号，所述低漏电测量回路被配置用于测量所述高阻节点漏电速度。

11.根据权利要求10所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡设置有缓冲器，在所述低漏电测量回路中，所述缓冲器与所述芯片高阻节点连接的链路上包裹有与待测信号同等电位的线路。

12.根据权利要求10所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡探针材质为铼钨合金。

13.根据权利要求10所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡还包括干扰屏蔽回路，所述干扰屏蔽回路被配置用于降低所述晶圆输入端电容天线效应耦合的干扰。

14.根据权利要求13所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡信号线路包覆有接地屏蔽层。

15.根据权利要求13所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述探针卡电路板为多层板，信号线路层位于中间层，所述信号线路层接地，且位于所述信号线路层上下层的线路层也接地。

16.根据权利要求9所述的高阻节点噪声测量系统，其特征在于，所述动态信号发生器板卡输出噪声量级为μVrms，所述动态信号分析仪板卡输入噪声量级为μVrms。